38-二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)【CAD圖紙+word說明書】

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本課程設(shè)計(jì)是學(xué)生在完成專業(yè)課程學(xué)習(xí)后，所進(jìn)行的機(jī)電一體化設(shè)備設(shè)計(jì)的綜合性訓(xùn)練。通過該環(huán)節(jié)達(dá)到下列目的：（1）鞏固和加深專業(yè)課所學(xué)的理論知識(shí)；（2）培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際，解決工程技術(shù)問題的動(dòng)手能力；（3）進(jìn)行機(jī)電一體化設(shè)備設(shè)計(jì)的基本功訓(xùn)練，包括以下10方面基本功：1）查閱文獻(xiàn)資料；2)分析與選擇設(shè)計(jì)方案；3）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；4）電氣控制原理設(shè)計(jì)；5）機(jī)電綜合分析；6）繪工程圖；7）運(yùn)動(dòng)計(jì)算和精度計(jì)算；9）撰寫設(shè)計(jì)說明書；10）貫徹設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 二、總體方案設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) （1）題目：二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)。 （2）設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求： 1）工作臺(tái)總裝圖一張（0號(hào)圖紙） 2）控制電氣圖一張（1號(hào)圖紙） 3）設(shè)計(jì)說明書一份（10-20頁(yè)） 4）具體設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 臺(tái)面尺寸： 行程X：160；Y:120 定位精度： 典型工藝參數(shù)：臺(tái)面速度 X: ，Y：； 進(jìn)給抗力 X: 65； Y:85； 工作物重：13。 2.2 總體方案確定 （1）系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng) 由于工件在移動(dòng)的過程中受到負(fù)載力較小，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)X-Y工作臺(tái)。 （2）計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)采用了與MCS-51系列的8031單片機(jī)控制系統(tǒng)。它的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，有較高的性價(jià)比，且易擴(kuò)展。 MCS-51的程序存儲(chǔ)器空間為64K字節(jié)。對(duì)于片內(nèi)無ROM的單片機(jī)8031，需進(jìn)行程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。本控制系統(tǒng)由由8031型單片機(jī)、數(shù)據(jù)鎖存器74LS373、存儲(chǔ)器EPROM2764、RAM6264、地址譯碼器74LS138、并行I/O接口8255等集成電路構(gòu)成 （3）X-Y工作臺(tái)的傳動(dòng)方式 為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，又要求結(jié)構(gòu)緊湊，所以選用絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。 由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)載荷不大，因此采用直線滾珠導(dǎo)軌。采用滾珠導(dǎo)軌可減少兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)面的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差，從而提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，減小振動(dòng)。 考慮電機(jī)步距角和絲桿導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的要求，盡可能使傳動(dòng)比為1。 三、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1、工作臺(tái)外形尺寸及重量估算 由臺(tái)面尺寸為，查課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表3-23，估計(jì)取工作臺(tái)厚度30mm，則重量：按重量=體積×材料比重估算 X向拖板（上拖板）：估計(jì)上絲桿長(zhǎng)度，由，余程查表5-4取20mm，則絲桿長(zhǎng)度約為365。電動(dòng)機(jī)約2kg，取托板尺寸450×180，所以托板和導(dǎo)軌合估計(jì)為 工作物重為 則X-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分的總重量：約422N。 3.2、滾動(dòng)導(dǎo)軌的參數(shù)確定 ⑴、導(dǎo)軌型式：直線滾動(dòng)導(dǎo)軌 ⑵、導(dǎo)軌長(zhǎng)度 ①上導(dǎo)軌（X向） 取動(dòng)導(dǎo)軌長(zhǎng)度 動(dòng)導(dǎo)軌行程 余程約為 支承導(dǎo)軌長(zhǎng)度 計(jì)算四滑塊的載荷，工作臺(tái)重量82N，假設(shè)重物處于臺(tái)中央，然后擴(kuò)大載荷2倍。 計(jì)算需要的動(dòng)載荷 ， 查長(zhǎng)方資料得： ，，，，。 代入數(shù)據(jù)得，由長(zhǎng)方資料取取滾動(dòng)導(dǎo)軌型號(hào)為：LY15AL，額定動(dòng)載荷為606N，滿足要求。 ②下導(dǎo)軌（Y向） 計(jì)算四滑塊的載荷，總重量424N，假設(shè)重物處于臺(tái)中央，然后擴(kuò)大載荷2倍。 計(jì)算需要的動(dòng)載荷 ，查長(zhǎng)方資料得：，，，，。代入數(shù)據(jù)得，由長(zhǎng)方資料取滾動(dòng)導(dǎo)軌型號(hào)為：LY15AL，額定動(dòng)載荷為606N，滿足要求。 3.3、滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 ①上絲杠（X向） 由表5-3，初選滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為5mm。 根據(jù)式（3-1） 其中，為絲杠有效行程，為絲杠螺紋全長(zhǎng)，余程，根據(jù)表5-4，取余程20mm，則=365mm。 根據(jù)表5-5，在有效行程345mm定位精度為13um下，絲杠的精度等級(jí)為級(jí)。 滾珠絲杠副的計(jì)算軸向動(dòng)載荷為 其中 , 取滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為（淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)） 查表：，，，，，，， 代入數(shù)據(jù)，得,查閱工廠資料，查指導(dǎo)書表3-13，取第二欄的絲杠副,其額定動(dòng)載荷為8451N,足夠用。 ②下絲杠（Y向） 由表5-3，初選滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為5mm。 根據(jù)式（3-1） 其中，為絲杠有效行程，為絲杠螺紋全長(zhǎng)，余程，根據(jù)表5-4，取余程20mm。 則=330mm。 根據(jù)表5-5，在有效行程300mm定位精度為13um下，絲杠的精度等級(jí)為級(jí)。 滾珠絲杠副的計(jì)算軸向動(dòng)載荷為 其中 , 取滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為0.03. 查表：，，，，，，， 代入數(shù)據(jù)，得,查指導(dǎo)書表3-13，取第二欄的絲杠副，其額定動(dòng)載荷為8451N,足夠用。 3.4、 步進(jìn)電機(jī)的選用 ①X方向步進(jìn)電機(jī)的選擇 ⑴、脈沖當(dāng)量選擇 初選五相電機(jī)，按五相十拍工作時(shí)，步距角，由于要求平臺(tái)定位精度： ，取定位精度的（）。初定脈沖當(dāng)量，中間齒輪傳動(dòng)比為 ， （2）、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（不計(jì)傳動(dòng)效率） X平臺(tái)和工作物重總重折算到軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 因此，折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 。 （3） 、等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算(以下均為折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)矩） 由式（4-7）-（4-9）可知： —滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率,取0.90 上式中 為絲杠預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，取0.8， 為預(yù)緊力， 取 取啟動(dòng)加速時(shí)間 查表，初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)75BF006,矩頻特性如下圖所示 最大靜轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 , =1500Hz. 故 從上可知，一般情況做為初選電動(dòng)機(jī)的依據(jù)， 滿足所需的轉(zhuǎn)矩要求。 （4) 步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性校驗(yàn) 小于4說明慣量可以匹配。 電機(jī)帶慣量最大啟動(dòng)頻率 大于，所以與對(duì)應(yīng)的最大靜轉(zhuǎn)矩校核，顯然滿足要求。 綜上所述，可選該型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)，具有一定的裕量。 ②Y方向步進(jìn)電機(jī)選擇 ⑴、脈沖當(dāng)量選擇 初選五相電機(jī)，按五相十拍工作時(shí)，步距角，由于要求平臺(tái)定位精度： ，取定位精度的（）。初定脈沖當(dāng)量，中間齒輪傳動(dòng)比為 ， （2）、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（不計(jì)傳動(dòng)效率） Y以上平臺(tái)和工作物重總重折算到軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 因此，折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 。 （4） 、等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算(以下均為折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)矩） 由式（4-7）-（4-9）可知： —滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率,取0.90 上式中 為絲杠預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，取0.8， 為預(yù)緊力， 取 取啟動(dòng)加速時(shí)間 查表，初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)75BF006,矩頻特性如下圖所示 最大靜轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 , =1500Hz. 故 從上可知，一般情況做為初選電動(dòng)機(jī)的依據(jù)， 滿足所需的轉(zhuǎn)矩要求。 （5) 步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性校驗(yàn) 小于4說明慣量可以匹配。 電機(jī)帶慣量最大啟動(dòng)頻率 大于，所以與對(duì)應(yīng)的最大靜轉(zhuǎn)矩校核，顯然滿足要求。 綜上所述，可選該型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)，具有一定的裕量。 3.5、確定聯(lián)軸器的型號(hào) ①X方向聯(lián)軸器的選擇 由于數(shù)控平臺(tái)有沖擊，且電動(dòng)機(jī)工作時(shí)經(jīng)常變速，故選用撓性聯(lián)軸器。查閱參考書表8-2 選用GY3型聯(lián)軸器。 計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩： 由估算功率摩擦力作用很小，可忽略： 小于聯(lián)軸器的允許轉(zhuǎn)矩，且工作速度遠(yuǎn)小于允許最高轉(zhuǎn)速9500.故滿足要求。 ②Y方向聯(lián)軸器的選擇 由于數(shù)控平臺(tái)有沖擊，且電動(dòng)機(jī)工作時(shí)經(jīng)常變速，故選用撓性聯(lián)軸器。查閱參考書表8-2 選用GY3型聯(lián)軸器。 計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩： 由估算功率摩擦力作用很小，可忽略： 小于聯(lián)軸器的允許轉(zhuǎn)矩，且工作速度遠(yuǎn)小于允許最高轉(zhuǎn)速9500.故滿足要求。 四、繪制裝配圖 1.標(biāo)注裝配圖尺寸、配合與精度等級(jí)。包括特性尺寸、最大體形尺寸、安裝尺寸和主要零件的配合尺寸。 2.寫出工作臺(tái)的技術(shù)特征。 3.編寫技術(shù)要求。 4.對(duì)所有零件進(jìn)行編號(hào)。 5.列出零件明細(xì)表及標(biāo)題欄。 6檢查裝配圖。 五、參考文獻(xiàn)： [1] 濮良貴主編 . 機(jī)械設(shè)計(jì) . 第七版 . 北京： 高等教育出版社 ， 2001 [2] 吳宗澤主編 . 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè) .第二版 .北京 .高等教育出版社 . 1999 [3] 樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編 . 機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 11